一种火灾烟气消烟剂性能测试系统及方法与流程

本发明涉及一种火灾烟气消烟剂性能测试系统及方法。
背景技术：
：火灾时会产生大量浓烟，这些浓烟一方面含有大量有毒气体，对人员生命安全带来威胁，另一方面含有较多烟颗粒，遮挡视线，影响人员疏散和消防救援。目前针对火场烟气的处理主要以物理排烟方式为主，但是有时受空间场所等因素的限制，物理排烟方式效果不明显或者无法启动物理排烟设备，此时就需借助其他一些烟气控制技术措施，与物理排烟方式一起使用，对烟气进行控制。因此，研究开发火灾烟雾的消烟剂对于降低火灾对人员的伤害将有着极大的现实意义。然而，目前缺少专门的消烟剂性能评价系统和装置，这将不利于消烟剂的开发研究。因此，本发明欲建立一种火灾烟雾消烟剂性能评价系统，用于对消烟剂的消烟降毒性能进行评价，从而推动消烟剂的技术发展与应用。技术实现要素：本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种火灾烟气消烟剂性能测试系统，该系统用于火灾烟雾消烟剂的性能测试，其结构简单，设计合理，可完全模拟火灾烟雾发生、消烟剂消烟整个过程，并对其烟气进行取样分析，以得到足够准确的测试数据。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种火灾烟气消烟剂性能测试系统，包括控制盒、产烟装置、烟气分析室、载气系统和消烟剂喷射系统；所述产烟装置包括箱体，箱体内设有用于放置产烟样品的样品架，且箱体内壁上围绕样品架设有一圈电热炉，箱体上设有检测产烟装置内温度的温度计，箱体上部设有烟气出口，该烟气出口通过第一调节阀与烟气分析室管道连接，箱体下部设有载气进口，该载气进口通过阀门与载气系统管道连接；所述烟气分析室上部通过第二调节阀与消烟剂喷射系统管道连接，所述烟气分析室设有取样口，且该取样口与烟气分析装置相连；所述控制盒包括壳体和设置在壳体内的处理器，所述第一调节阀、第二调节阀、电热炉和温度计均与处理器电连接。具体的说，所述载气系统包括氧气罐和氮气罐，所述氧气罐通过第三调节阀与载气进口管道连接，所述氮气罐通过第四调节阀与载气进口管道连接，所述载气进口上设有与处理器相连的第一流量计。具体的说，所述第三调节阀后方设有与处理器相连的第二流量计，所述第四调节阀后方设有与处理器相连的第三流量计。更具体的说，所述箱体顶部开设有样品架卡入口，所述样品架可从样品架卡入口进出箱体，样品架包括分布板、支撑杆、集尘盒和顶挡板；所述分布板上均匀卡设有若干样品挂钩；所述支撑杆至少有三根，并均匀设置在分布板与集尘盒之间，并被电热炉包围，用于连接分布板与集尘盒，支撑杆外侧还外接有至少两个加强环；所述顶挡板通过支撑柱平行设置在分布板上方，且样品架进入箱体后，该顶挡板下方与样品架卡入口相抵。进一步的，所述顶挡板上方还设有倒u形拉环。进一步的，所述箱体侧面上方还设有载气出口，该载气出口上设有与处理器电连接的第五调节阀。更进一步的，所述烟气分析室包括密闭的集烟箱，所述集烟箱正面设有上观察口和下观察口，集烟箱后方外壁设有与处理器电连接的转动电机，集烟箱后方内壁上设有与转动电机电连接的风扇，集烟箱侧壁上方设有排烟口，集烟箱侧壁下方设有排污口，所述取样口设置在集烟箱正面上，所述排烟口、排污口和取样口均设有阀门；所述烟气分析装置包括均与取样口相连的烟气分析仪和烟尘浓度检测仪。进一步的，所述消烟剂喷射系统包括消烟剂罐；所述集烟箱上设有与第二调节阀管道连接并贯穿集烟箱顶部的消烟剂管，集烟箱顶部内壁还设有并与消烟剂管连通的喷射头；所述喷射头呈上小下大的倒圆锥体形，且喷射头下方还设有若干与喷射头连通喷嘴，所述喷嘴与喷射头下表面呈锐角设置。本发明还提供了利用上述系统来检测火灾烟气消烟剂性能的方法，该方法操作简单，自动化程度高，所得数据准确度高，检测得到的消烟剂性能准确度高。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种利用权利上述测试系统测试火灾烟气消烟剂性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、先将产烟样品悬挂于样品架上，再将样品架从样品架卡入口卡入产烟装置箱体内；b、开启电热炉使产烟装置箱体内温度达到设定值后，产烟样品受热分解进行产烟，此时，开启第一调节阀、第三调节阀和第四调节阀，启动载气系统，使载气带动烟气向烟气分析室中汇集；待烟气分析室内烟气达到设定浓度后，关闭上述调节阀；c、用烟气分析仪和烟尘浓度检测仪测量初始烟气的组份及相应组份浓度并记录；d、开启第二调节阀，启动消烟剂喷射系统，使消烟剂喷射入烟气分析室，对烟气进行处理，处理完毕后关闭第二调节阀，记录处理时长，然后让烟气自然沉降，沉降完毕后，再次用烟气分析仪和烟尘浓度检测仪测量处理后的烟气组份及相应组份浓度并记录；e、计算消烟剂减毒效率减毒效率：式中，η为减毒效率，单位为％；fed(1)为未使用消烟剂时经烟气成分分析系统采样得到的各组分计算得来的毒性指标；fed(2)为使用消烟剂后经烟气成分分析系统采样得到的各组分计算得来的毒性指标；其中，fed值按下式进行计算：式中：ci为毒性组分i的浓度，单位为μl/l；(c·t)i为获得一定毒性所需的特定暴露剂量，单位为(μl/l)·min；c为暴露时间t内毒性组分i的平均浓度；dt为所选测量时间段(min)；f、计算消烟剂降尘效率降尘效率：δ＝(c1-c2)/c1×100式中：δ为降尘效率，单位为％；c1为未用消烟剂时的粉尘浓度，mg/m3；c2为使用消烟剂后的粉尘浓度，mg/m3。其中，上述处理器为arm处理器。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明的测试系统产烟装置可同时产生大量种类不同但性质稳定的烟雾，可充分模拟真实火灾烟气情况，而其烟气分析室则可用于初始烟气性能测定、消烟剂对烟气处理和处理后烟气性能的测定，其结构简单，设计合理，可用于火灾烟雾消烟剂的性能测试，并能够得到足够准确的测试数据。(2)本发明消烟剂性能测试方法操作简单，测试时长段，自动化程度高，测试结果准确度高。附图说明图1为本发明结构框图。图2为本发明产烟装置与烟气分析室结构示意图。图3为本发明烟气分析室结构示意图。图4为本发明喷射头结构示意图。图5为本发明产烟装置结构示意图。图6为本发明产烟装置主视图。图7为a-a剖视图。图8为本发明样品架结构示意图。图9为本发明样品架主视图。其中，附图标记对应的名称为：1-控制盒，2-产烟装置，21-样品架，211-分布板，212-支撑杆，213-集尘盒，214-顶挡板，215-加强环，216-拉环，217-支撑柱，218-样品挂钩，22-电热炉，23-温度计，24-烟气出口，25-载气进口，26-载气出口，3-烟气分析室，31-取样口，32-集烟箱，33-上观察口，34-下观察口，35-排烟口，36-排污口，37-烟气分析仪，38-烟尘浓度检测仪，39-喷射头，4-第一调节阀，41-第二调节阀，42-第三调节阀，43-第四调节阀，44-第五调节阀，5-氧气罐，6-氮气罐，7-第一流量计，71-第二流量计，72-第三流量计，8-消烟剂罐。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。本实施例是为了填补目前市场上缺少专门的消烟剂性能评价系统和装置的空白，提供一种火灾烟气消烟剂性能测试系统及方法，以便于能够快速且准确地对火灾烟气消烟剂性能进行评价。首先，如图1和图2所示，该火灾烟气消烟剂性能测试系统主要包括控制盒1、产烟装置2、烟气分析室3、载气系统和消烟剂喷射系统。所述控制盒1主要包括壳体和设置在壳体内的arm处理器，所述壳体上还设有与arm处理器相连的触摸显示屏。其中，如图5～图7所示，所述产烟装置2包括由304不锈钢制成的箱体，及设置在箱体内的加热炉22和样品架21，该箱体整体呈中空的长方体形结构，可由下往上依次分为进气箱体、发烟箱体和出气箱体，所述进气箱体顶部与发烟箱体之间、发烟箱体与出气箱体之间均设有通气连通口。所述发烟箱体下方四个角落处各设有一个支撑腿，所述进气箱体即设置在发烟箱体下方的四个支撑腿之间，所述出气箱体的侧面还设有与烟气出口24，该烟气出口24用于将产生的烟雾导入相邻的烟气分析室3中。所述样品架21设置在发烟箱体与出气箱体内部，所述电热炉固定在发烟箱体内壁上，并围绕样品架21设置，为了整个箱体内的温度可控，所述发烟箱体上还设有可检测箱内温度的温度计23。由于箱体内的温度会影响产烟样品的热解情况，因此，需要对箱体温度进行调控，故所述温度计23和加热炉22均与arm处理器电连接。由于样品架3需要挂置样品后放入箱体内，因此，为了便于样品架3的安装，所述出气箱体顶部还开设有一个圆形的样品架卡入口；如图5～图9所示，所述样品架21整体呈柱形，包括由上往下依次设置的顶挡板214、支撑柱217、分布板211、支撑杆212、和集尘盒213，所述顶挡板214和分布板211的横截面均呈圆形，所述集尘盒213为圆筒形，且顶挡板214和分布板211的圆形均位于集尘盒213中轴线的延长线上。具体来说，所述支撑杆212共设有三根，且支撑杆212的下端分别与集尘盒213内壁固定连接，支撑杆212的上端分别与分布板211外缘卡接，即分布板211的直径与集尘盒213的内径一致；三根支撑杆212均匀设置，将分布板与集尘盒213连为一体，为样品提供悬挂和产烟区；所述分布板211上方则通过三根均匀设置的支撑柱213与顶挡板214下方连接，分布板211上设有若干样品挂钩218，且样品挂钩的钩部向下，以便于悬挂样品；为了使样品架能够顺利的从样品架卡入口放入或取出，并且使其放入后能够起到密封作用，所述顶挡板214的直径大于样品架卡入口直径，而集尘盒213的外径小于样品架卡入口直径。当样品架21装入箱体后，所述顶挡板214下方与样品架卡入口相抵，将样品架卡入口完全覆盖，所述分布板211则位于出气箱体内，所述集尘盒213则位于发烟箱体底部。由此可见，当样品架悬挂好样品后，样品位于分布板211与集尘盒213之间，即样品位于发烟箱体中部，为了使其加热更加均匀，所述加热炉22设置为管式加热炉。进一步的，由于分布板211与集尘盒213间距较大，支撑杆212较长，为了防止支撑杆212不够稳固，还设置了3个加强环215，且3个加强环靠近集尘盒等距设置，以便于其起到加强支撑作用的同时，又不会影响样品受热。并且，为了便于拉出或装备整个试样装置，所述顶挡板214上方还设有倒u形拉环216。由于烟雾中会含有部分颗粒杂质，导致其密度较大，不易上流，因此，本实施例的系统还设置了载气系统，以作为为产烟装置的辅助系统，该载气系统主要包括氧气罐5和氮气罐6，为了便于载气系统的运行，在所述进气箱体上设有载气进口25，所述氧气罐则通过第三调节阀42与载气进口25管道连接，所述氮气罐通过第四调节阀43与载气进口管道连接。而为了便于集烟完毕后的后续清理，还在出气箱体正面上设有载气出口26，且该载气出口上设有与arm处理器电连接的第五调节阀44，以控制载气流量和载气流向，并便于其可在测试完毕后通过气流将箱体内的剩余烟雾排出。其中，氮气流量应控制在0～50slm，氧气流量应控制在0～10slm，而混合气最大流量应控制在60slm，为了便于流量的控制，还在所述载气进口25上设有用于检测混合气总流量的第一流量计7，所述第三调节阀42后方设有用于检测氧气流量的第二流量计71，所述第四调节阀43后方设有用于检测氮气流量的第三流量计72。且上述第三调节阀42、第四调节阀43、第一流量计7、第二流量计71和第三流量计72均与arm处理器相连，以便于控制流量。上述产烟装置的烟气出口24通过第一调节阀4与烟气分析室3管道连接，为了使其烟气进出烟气分析室可控，所述第一调节阀4也与arm处理器电连接。如图3和图4所示，所述烟气分析室3包括密闭的集烟箱32，该集烟箱32设置为长方体形结构，集烟箱32左侧中部设有烟气进口，该烟气进口即通过第一调节阀4与烟气出口24管道连接；为了便于观察集烟箱32内烟气存在状态，所述集烟箱正面设有由钢化玻璃制成的上观察口33和下观察口34，该上观察口33和下观察口34均为方形，且其总面积占集烟箱1正面面积的0.4～0.8倍，以便于更清楚的观察箱内情况。由于烟气从烟气进口进入集烟箱32时并不均匀，因此，为了使其检测更加快速且准确，还在集烟箱后方设置了烟气扰动装置，该装置用于将集烟箱内的烟气搅拌均匀，包括设置在集烟箱后方外壁的转动电机，和设置在集烟箱内壁上并与转动电机电连接的风扇。而为了检测集烟箱内消烟剂处理前后的烟气性能，还在集烟箱32上设置了取样口31，且该取样口分别与烟气分析仪37和烟尘浓度检测仪38相连；由于需要对用消烟剂处理后的烟气进行检测，因此，将取样口31设置在上下观察口之间，以使工作人员在清楚的观察到消烟剂处理后的烟气混合均匀后，再进行检测，使其检测结果更准确。集烟箱32一侧铰接有门，且为了防止烟气散出，所述门上围绕门边缘设有一圈密封圈，设置该门是主要为了便于对集烟箱内部进行清理，以及对几个开口、喷射头和风扇等零部件进行检测、更换和维修等。此外，所述门上下两侧的集烟箱32上还分别设有排烟口35和排污口36，为了便于控制，所述排烟口35、排污口36和取样口31上均设有阀门。所述烟气分析室3顶部通过第二调节阀41与消烟剂喷射系统管道连接，所述消烟剂喷射系统包括消烟剂罐8；所述集烟箱32上设有与第二调节阀41管道连接并贯穿集烟箱顶部的消烟剂管，集烟箱顶部内壁还设有并与消烟剂管连通的喷射头39；所述喷射头呈上小下大的倒圆锥体形，且喷射头下方还设有若干与喷射头连通喷嘴，所述喷嘴与喷射头下表面呈锐角设置，以便于消烟剂能从各个角度喷射入集烟箱，使其能够充分地与烟气接触，并对烟气进行处理。本实施例还提供了利用上述系统来检测火灾烟气消烟剂性能的方法，由于消烟剂的消烟性能主要考虑消烟剂对火灾烟气毒性及遮光性的影响，因此，本方法主要减毒效率和降尘效率两个指标来对消烟剂性能进行测试和评价。具体来说，该方法包括以下步骤：a、检查整个系统，以使其各阀门开关等均处于关闭状态，然后先将产烟样品悬挂于样品架21的样品挂钩上，再将样品架从样品架卡入口卡入产烟装置箱体内；b、开启电热炉22使产烟装置箱体内温度达到设定值后，产烟样品受热分解进行产烟，此时，开启第一调节阀4、第三调节阀42和第四调节阀43，启动载气系统，使载气进入产烟装置的箱体中，并带动烟气向烟气分析室3中汇集；待烟气分析室3内烟气达到设定浓度后，关闭上述调节阀；c、用烟气分析仪37和烟尘浓度检测仪38测量初始烟气的组份及相应组份浓度并记录；d、开启第二调节阀41，启动消烟剂喷射系统，使消烟剂喷射入烟气分析室，对烟气进行处理，处理完毕后关闭第二调节阀，记录处理时长(开始处理到处理完毕的时间)，然后让烟气自然沉降，沉降完毕后，再次用烟气分析仪37和烟尘浓度检测仪38测量处理后的烟气组份及相应组份浓度并记录；e、计算消烟剂减毒效率减毒效率：式中，η为减毒效率，单位为％；fed(1)为未使用消烟剂时经烟气成分分析系统采样得到的各组分计算得来的毒性指标；fed(2)为使用消烟剂后经烟气成分分析系统采样得到的各组分计算得来的毒性指标；其中，fed值按下式进行计算：式中：ci为毒性组分i的浓度，单位为μl/l；(c·t)i为获得一定毒性所需的特定暴露剂量，单位为(μl/l)·min；c为暴露时间t内毒性组分i的平均浓度；dt为所选测量时间段(min)；注：dt时间段是指消烟剂处理时长，该式为f浓度算得，因此需选取采样时间即所选测量时间段，可以是1min、5min等，然后计算该时间段内各组分的平均浓度。在此方法中，涉及到计算处理前feded的计算公式，通过检测烟气组分及和处理后fed，因此此处所选时间段对应有2个，即2个1min或5min)；实际工作中，常根据经验公式(3)进行计算：式中：[x]—单一无机酸性毒性组分的浓度(μl/l)；[y]—单一有机毒性组分的浓度(μl/l)；lc50,x—单一无机酸性毒性组分的lc50(μl/l)；lc50,y—单一有机毒性组分的lc50(μl/l)；vco2—co2换气过度下的co2加权因子，它等于1+e(0.14x[co2]-1)/2；za—酸毒症因子，它等于[co2]x0.05。公式(3)采用的30min的lc50值见表1。表1各烟气组分不同动物染毒30min的lc50值火灾烟气小鼠30min的lc50(μl/l)大鼠30min的lc50(μl/l)co35705700hcn169165hcl26443800hbr10183800hf——2900so230001400no2——170丙烯醛——150甲醛——750f、计算消烟剂降尘效率降尘效率:δ＝(c1-c2)/c1×100………(4)式中：δ为降尘效率，单位为％；c1为未用消烟剂时的粉尘浓度，mg/m3；c2为使用消烟剂后的粉尘浓度，mg/m3。实例1为了更清楚的对该测试方法进行介绍，本实例以pvc、木条、聚氨酯泡沫、eps板作为产烟样品，以一种火灾烟气消烟剂为例，对其进行性能测试，具体来说，该测试方法包括以下步骤：a、检查整个系统，以使其各阀门开关等均处于关闭状态，然后先将产烟样品悬挂于样品架21的样品挂钩上，再将样品架从样品架卡入口卡入产烟装置箱体内；b、设置电热炉温度为650℃，开启电热炉22使产烟装置箱体内温度达到650℃后，产烟样品受热分解进行产烟，此时，开启第一调节阀4、第三调节阀42和第四调节阀43，启动载气系统，使载气进入产烟装置的箱体中，并带动烟气向烟气分析室3中汇集；其中，通过触摸显示屏观察箱体内的温度，并通过arm处理器来调整第三调节阀42和第四调节阀43的开启度，以控制箱体内温度维持在650℃左右，待烟气分析室3内烟尘浓度达到设定的25mg/m3浓度后，关闭上述调节阀；c、用烟气分析仪37和烟尘浓度检测仪38测量1min内初始烟气的组份及相应组份浓度并记录，得到如下表1所示的初始烟气数据；表1初始烟气数据d、开启第二调节阀41，启动消烟剂喷射系统，使消烟剂喷射入烟气分析室，对烟气进行处理，处理2min后关闭第二调节阀，然后让烟气自然沉降3min，再次用烟气分析仪37和烟尘浓度检测仪38测量处理后的1min内烟气组份及相应组份浓度并记录，得到如下表2所示的处理后的烟气数据：表2处理后烟气数据e、计算消烟剂减毒效率根据式(3)计算fed值分别如下fed(1)＝2.96，fed(2)＝031。减毒效率：f、计算消烟剂降尘效率降尘效率：δ＝(c1-c2)/c1×100＝(25-0.8)/25＝96.8％由此可知，该消烟剂的减毒效率和降尘效率分别达到89.5％和96.8％。上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12